Электроснабжение завода торгового машиностроения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Электроснабжение завода торгового машиностроения

Задание

1. Генеральный план завода.

2. Сведения об электрических нагрузках завода, таблица 1.

3. Ведомость электрических нагрузок ремонтно-механического цеха.

4. Питание возможно осуществить от подстанции энергосистемы, на которой установлены два двухобмоточных трансформатора мощностью 16000 кВА каждый, с первичным напряжением 110 кВ и вторичным - 6 кВ.

5. Мощность системы 700 МВА, реактивное сопротивление системы на стороне 110 кВ, отнесенное к мощности системы, 0,8.

6. Стоимость электроэнергии 0,9 коп/кВт·ч.

7. Расстояние от подстанции энергосистемы до завода 6 км.

Таблица 1 - Ведомость электрических нагрузок.

№цеха	Наименование цеха	мощность, кВт
1	Склад заполнителей	180
2	Склад цемента	320
3	Бетонорастворный завод	250
4	Дробильно-сортировочная установка	130
5	Открытый полигон железобетонных изделий	180
6	Лаборатории	240
7	Плотнично-опалубочная мастерская	30
8	Известегасительная установка	80
9	Мастерская по ремонту оборудования и металлоопалубки	290
10	Мастерская стройтермоизоляции	100
11	Котельная	580
12	Теплопункт	250
13	Арматурный цех	1530
14	Завод крупнопанельного домостроения	1420
15	Завод железобетонных изделий	580
16	Компрессорная Компрессорная (6 кв)	160 1200
17	Завод ячеистых бетонов	760
18	Завод гипсошлаковых перекрытий	150
19	Завод минеральных изделий	1360
20	База минерализации	760
21	Цех металлоконструкций	900
22	Блок мастерских, колерных, лепных и других изделий	80
23	Столовая	350
24	Управление комбината	40
25	Ремонтно-механический цех	-

Содержание

Введение

1. Условия окружающей среды

2. Расчет электрических нагрузок. Расчет силовой нагрузки

3. Определение количества и мощности цеховых ТП

4. Составление картограммы нагрузок

4.1 Определение центра электрических нагрузок

4.2 Размещение ГПП, РП на территории предприятия

4.3 Размещение ТП и РП на территории предприятия

5. Выбор электрооборудования подстанции 110/6 кВ

6. Расчет токов короткого замыкания, выбор и проверка электрических аппаратов

7. Выбор схемы внешнего электроснабжения по технико-экономическим показателям

Введение

Краткая характеристика предприятия и электроприемников завода торгового машиностроения.

Проектирование любого звена системы электроснабжения промышленного предприятия (участка, отделения, цеха или завода в целом) должно начинаться с изучения технологических особенностей предприятия.

Проектируемая система должна удовлетворять условиям надёжности и экономичности, обеспечивать качество энергии у потребителя, безопасность, удобство эксплуатации и возможность развития. Зная технологию производства, можно легко и удобно составить схему электроснабжения любого технологического агрегата, линии или передела.

При составлении схемы нет необходимости записывать некоторые электроприёмники от разных секций одной подстанции, так как отключение хотя бы части электроприёмников не отразится на работе завода. Однако есть электроприёмники и технологические агрегаты, осуществить питание которых необходимо только от независимых источников питания.

Зная динамику развития технологических нагрузок, необходимо учесть её дальнейшее развитие и возможность объединения с основной схемой. Проектируемые схемы должны обладать эксплуатационно-структурной гибкостью.

Потребителем электроэнергии называется электроприёмник или группа электроприёмников, объединённых технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. Приёмником электрической энергии (электроприёмником) называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид.

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Сюда относятся заводы, производящие цемент, стекло, железобетонные изделия, кирпич и пр. Номинальные мощности электродвигателей на этих заводах изменяются в пределах:

- для смесителей и бегунов - до 55 кВт;

- цементных мельниц - до 1800 кВт;

- вентиляторов, дробилок и компрессоров 300-1600 кВт.

На современных цементных заводах более 60% всей нагрузки от двигателей мощностью 400-1800 кВт, для которых принимается напряжение 6000 В; для других двигателей - напряжение 380 В.

Специфическими механизмами цементного завода, определяющими его производительность, являются вращающиеся печи длиной 127-230 м, диаметром 3,6-8 м; масса вращающихся частей 3000т и выше (рис. 1). Печи устанавливаются под углом 4° к горизонту и непрерывно вращаются с частотой вращения 1-1,5 об/мин. Вследствие большого пускового момента для привода применяются асинхронные двигатели с контактными кольцами мощностью 60-2х310 кВт.

Для приводов шламового питателя и угольных шнеков, обслуживающих вращающиеся печи и требующих регулирования скорости, применяются приводы постоянного тока. Для прочих обслуживающих печь приводов элеваторов, транспортеров, маслонасосов, вентиляторов и т.д. применяются двигатели трехфазного тока. К числу электротехнологических установок цементной промышленности относятся электрофильтры.

Рис. 1

На стеклозаводах специфическими механизмами являются стеклотянульные и стеклопрокатные машины. Стеклотянульные машины мощностью 1,5-2,5 кВт служат для вертикального вытягивания стекла (ВВС) шириной до 3 м со скоростью до 100 м/мин и горизонтального шириной до 4 м - сначала вверх, затем в горизонтальном направлении, толщина стекла 0,4-20 мм.

Стеклопрокатные машины мощностью 6,5 кВт периодического действия вырабатывают отдельные листы, а непрерывного действия - ленту, разрешаемую после прохождения отжигательной печи. Полученные из стеклопрокатных машин листы шлифуются и полируются на автоматизированных конвейерах, оборудованных шлифовальными и полировальными станками (рис. 2). Стеклотянульные машины требуют регулировки скорости и имеют приводы постоянного тока, а стеклопрокатные машины и рольганги-приводы по системе ДГД и УТВД.

Автоматизированный конвейер шлифовки и полировки стекла имеет около сотни сблокированных приводов переменного тока - главные приводы, механизмы перекладывания стекла, шлифовальные и полировальные станки, присосные краны общей мощностью 2500-4500 кВт; мощность наибольшего двигателя до 65 кВт.

В последнее время производство стекол больших размеров выполняется по схеме флоутинг-процесса. В ванне с электрическим нагревом мощностью несколько мегаватт стекломасса находится под слоем расплавленного олова и выходит из ванны в виде непрерывной прозрачной ленты, не требующей шлифовки и полировки. Стеклянная лента проходит по конвейеру, затем термообработку в электрических печах и режется на необходимые размеры.

На заводах железобетонных изделий применяются: конвейеры по производству панелей перекрытий; бетономешалки емкостью 600-4500 л; бетоноукладчики, формовочные машины с вибраторами. Последние работают на повышенной частоте 200 Гц при напряжении 220 В; остальные приводы переменного тока работают на промышленной частоте 50 Гц. Электротехнологическими установками для заводов железобетонных изделий являются электросварка - дуговая и контактная - и электронагрев для предварительного напряжения арматуры.

Рис 2.

Напряжение силовых приемников в промышленности строительных материалов 380 В; для мощных приводов (крупных насосов, компрессоров, дымососов и др.) - 6 и 10 кВ. Большинство механизмов работает в продолжительном режиме, иногда периодическими циклами; производство имеет непрерывный характер.

К потребителям 1-й категории в промышленности строительных материалов относятся приводы вращающихся печей цементных заводов, останов которых может вызвать неравномерный нагрев и деформацию корпуса печи; компрессоры, вентиляторы и насосы, обеспечивающие производственные установки сжатым воздухом и водой. На стеклозаводах группу потребителей 1-й категории составляют машины для вытягивания или проката стекла и все механизмы, обслуживающие стекловаренную печь.

1. Условия окружающей среды

Выбор конструкции сетей и способов их выполнения осуществляется при проектировании на основе изучения технологии производства, условий окружающей среды, степени возгораемости конструкций зданий и сооружений, требований технической эстетики и других факторов.

Условия в помещениях, влияющие на выбор конструкции сетей, определяются температурой воздуха, влажностью, наличием агрессивных газов или пыли, возможностью возникновения условий взрыво- или пожарной опасности.

Для защиты сети от влияния окружающей среды её элементы (шинопроводы, распределительные силовые шкафы, силовые ящики, осветительные щитки, электродвигатели и др.) имеют защитную оболочку, которой обычно является корпус изделия.

2. Расчёт электрических нагрузок. Расчёт силовой нагрузки

Величина мощности, месторасположение и вид электроприёмников определяют структуру схемы и параметры элементов электроснабжения промышленных предприятий.

При проектировании обычно определяют три вида нагрузки:

1) среднюю за максимально загруженную смену Р_{др макс.} и среднегодовую Р_ср.г. Величина Р_{ср.макс.} необходима для определения расчётной активной нагрузки Р_р, а величина Р_ср.г. - для определения годовых потерь электроэнергии;

2) расчётную активную Р_р и реактивную Q_р. Эти величины необходимы для расчёта сетей по условиям допустимости нагрева, выбора мощности трансформаторов и преобразователей, а также для определения максимальных потерь мощности, отклонений и потерь напряжения;

3) максимальную кратковременную (пусковой ток) I_п; эта величина необходима для проверки колебания напряжения, определения тока трогания, токовой релейной защиты, выбора плавких вставок предохранителей и проверки электрических сетей по условиям самозапуска двигателей.

Для определения расчетной нагрузки существует ряд методов:

1) удельного расхода электроэнергии;

2) технологического графика работы электроприёмников;

3) статистический;

4) упорядоченных диаграмм;

5) по установленной мощности и коэффициенту спроса;

6) метод удельной нагрузки на единицу производственной мощности.

Для определения расчетной нагрузки завода торгового машиностроения применим метод коэффициента спроса. При использовании этого метода расчетные нагрузки цехов определяют по формуле_.:

 (1)

где - расчетная мощность i-го цеха;

P_н - установленная мощность i-го цеха.

На основании приведенных расчетов аналогично проводим расчет расчетной нагрузки остальных цехов. Результаты сводим в таблицу 2.

Таблица 2 ? Расчет электрических нагрузок

№ цеха	Установленная мощность 0,4/6 кВт	Категория потребителей	Метод расчета	Расчетная мощность до 1 кВ	Расчетная мощность свыше 1 кВ	Радиус окружности
1	180	II	коэффициент спроса	126		6,33
2	320	II		224		8,45
3	250	I		175		7,47
4	130	I		91		5,38
5	180	II		126		6,33
6	240	I		168		7,31
7	30	II		21		2,59
8	80	I		56		4,22
9	290	II		203		8,04
10	100	II		70		4,72
11	580	I		406		11,37
12	250	I		175		7,47
13	1530	I		1071		18,47
14	1420	I		994		17,79
15	580	I		406		11,37
16	160/1200	I		112	840	5,97/16,36
17	760	I		532		13,02
18	150	I		105		5,78
19	1360	I		952		17,41
20	760	I		532		13,02
21	900	I		630		14,16
22	80	II		56		4,22
23	350	III		245		8,83
24	40	II		28		2,99

3. Определение количества и мощности цеховых ТП

Выбор трансформаторов.

Имеем подстанцию энергосистемы, на которой установлены 2 двухобмоточных трансформатора мощностью 16 000 кВА каждый, с первичным напряжением 110 кВА и вторичным - 6 кВ.

Трансформаторы для питания каждого цеха выбираем по экономической мощности, которая определяется:

(2)

Где Рн- активная мощность, кВт

Qн- реактивная мощность, квар

Например:

(3)

Подбор трансформаторов ТП осуществляем по экономической мощности, коэффициенту загрузки, аварийному коэффициенту загрузки, категоричности потребителя.

Выберем трансформатор (цех №1):

(4)

С учетом коэффициентов загрузки выбираем трансформатор:

(5)

 (6)

Следовательно, выбираем 2 трансформатора ТМ-160/10.

Данные по трансформаторам ТП сводим в таблицу 3.

Уменьшим число трансформаторных подстанций. Для этого на генеральном плане изменим компоновку схемы электроснабжения. При этом изменится нагрузка отдельных ТП (следует перебрать трансформаторы на ТП). Данные по перекомпоновке сведены в таблицу 4.

Таблица 3 ? Трансформаторы на ТП

№ цеха	Установл. мощность	Электрическая мощность Sэк, кВА		Тип трансформатора	Коэффициенты загрузки	Паспортные данные
	Рр, кВт	Qр, кВар					Uвн, кВ	Uнн, кВ	Pxx	Uk,%	Цена, руб.
				Sэк/0,75		Кз.н.	Кз.а.
1	126	78,12	148,25	197,67	2хТМ-160/10	0,62	1,24	10	0,4	0,565	4,5	2040
2	224	138,88	263,56	351,41	4хТМ-160/10	0,55	0,73	10	0,4	0,565	4,5	2040
3	175	108,5	205,91	274,54	2хТМ-250/10	0,55	1,10	10	0,4	0,820	4,5	2350
4	91	56,42	107,07	142,76	2хТМ-160/10	0,45	0,89	10	0,4	0,565	4,5	2040
5	126	78,12	148,25	197,67	2хТМ-160/10	0,62	1,24	10	0,4	0,565	4,5	2040
6	168	104,16	197,67	263,56	2хТМ-250/10	0,53	1,05	10	0,4	0,820	4,5	2350
7	21	13,02	24,71	32,94	2хТМ-25/10	0,66	1,32	10	0,4	0,135	4,5	1040
8	56	34,72	65,89	87,85	2хТМ-63/10	0,70	1,39	10	0,4	0,265	4,5	1350
9	203	125,86	238,85	318,47	2хТМ-250/10	0,64	1,27	10	0,4	0,820	4,5	2350
10	70	43,4	82,36	109,82	4хТМ-40/10	0,69	0,92	10	0,4	0,190	4,5	1250
11	406	251,72	477,70	636,94	2хТМ-630/10	0,51	1,01	10	0,4	1,560	5,5	4645
12	175	108,5	205,91	274,54	2хТМ-250/10	0,55	1,10	10	0,4	0,820	4,5	2350
13	1071	664,02	1260,14	1680,19	2хТМ-1600/10	0,53	1,05	10	0,4	3,300	5,5	8595
14	994	616,28	1169,55	1559,39	2хТМ-1600/10	0,49	0,97	10	0,4	3,300	5,5	8595
15	406	251,72	477,70	636,94	2хТМ-630/10	0,51	1,01	10	0,4	1,560	5,5	4645
16	112	69,44	131,78	175,71	2хТМ-160/10	0,55	1,10	10	0,4	0,565	4,5	2040
17	532	329,84	625,95	834,61	2хТМ-630/10	0,66	1,32	10	0,4	1,560	5,5	4645
18	105	65,1	123,54	164,72	2хТМ-160/10	0,51	1,03	10	0,4	0,565	4,5	2040
19	952	590,24	1120,13	1493,50	2хТМ-1600/10	0,47	0,93	10	0,4	3,300	5,5	8595
20	532	329,84	625,95	834,61	2хТМ-630/10	0,66	1,32	10	0,4	1,560	5,5	4645
21	630	390,6	741,26	988,35	2хТМ-1000/10	0,49	0,99	10	0,4	2,450	5,5	5695
22	56	34,72	65,89	87,85	3хТМ-40/10	0,73	1,10	10	0,4	0,190	4,5	1250
23	245	151,9	288,27	384,36	2хТМ-400/10	0,48	0,96	10	0,4	1,050	4,5	3515
24	28	17,36	32,94	43,93	2хТМ-40/10	0,55	1,10	10	0,4	0,190	4,5	1250

Таблица 4 ? Трансформаторы ТП после перекомпоновки

№ цеха		Тип трансформатора	Коэффициенты загрузки	Паспортные данные
				Uвн, кВ	Uнн, кВ	Pxx	Uk,%	Цена, руб.
	Sэк/0,75		Кз.н.	Кз.а.
4,7,9,16	669,88	2хТМ-630/10	0,53	1,06	10	0,4	0,820	4,5	4 645,00
1,8,11,12,17,22	2119,46	2хТМ-1600/10	0,66	1,32	10	0,4	3,300	5,5	3 200,00
2,3,13,15	2943,08	2хТМ-2500/10	0,59	1,18	10	0,4	2,450	5,5	4 600,00
5,6,10,21,23,24,18	2152,40	2хТМ-1600/10	0,67	1,35	10	0,4	3,300	5,5	3 200,00
14,19	3052,90	2хТМ-2500/10	0,61	1,22	10	0,4	2,450	5,5	4 600,00
20	834,61	2хТМ-630/10	0,66	1,32	10	0,4	1,560	5,5	4 645,00

4. Составление картограммы нагрузок

4.1 Определение центра электрических нагрузок

Картограмму электрических нагрузок наносят на ситуационный план предприятия для определения местоположения цеховых трансформаторных подстанций (ТП) и главной понизительной подстанции (ГПП). Построение картограммы нагрузок производят на основании результатов определения расчетных нагрузок цехов, исходя из условия, что площади кругов картограммы в выбранном масштабе является расчетными нагрузками цехов.

В качестве расчетной нагрузки для построения картограммы принимают активную расчетную мощность каждого цеха, так как реактивная мощность цеха подлежит компенсации.

Радиусы окружностей для каждого цеха находят из выражения:

, мм (7)

где Р_{рi -} расчетная активная нагрузка i-го цеха, кВт;

m - масштаб площади круга, кВт/мм²;

r_{i -} радиус окружности, мм.

Для цеха 3:

Нагрузка 0,4 кВ: , мм

На основании приведенного примера аналогично проводим расчет для других цехов.

r₁=6,33 мм

r₂=8,45 мм

r₃=7,47 мм

r₄=5,38 мм

r₅=6,33 мм

r₆=7,31 мм

r₇=2,59 мм

r₈=4,22 мм

r₉=8,02 мм

r₁₀=4,72 мм

r₁₁=11,37 мм

r₁₂=7,47 мм

r₁₃=18,47 мм

r₁₄=17,79 мм

r₁₅=11,37 мм

r₁₆=5,97/16,36 мм (0,4/6 кВ)

r₁₇=13,02 мм

r₁₈=5,78 мм

r₁₉=17,41 мм

r₂₀=13,02 мм

r₂₁=14,16 мм

r₂₂=4,22 мм

r₂₃=8,83 мм

r₂₄=2,99 мм

Так как часто расположение нагрузок по площади цехов неизвестно, то построить картограмму можно, исходя из условия, что нагрузка равномерно распределена по площади цеха, т.е. центр нагрузок цеха (центр окружности) совпадает с центром тяжести его площади.

Силовые нагрузки напряжением до и выше 1000В наносят отдельно, а осветительные нагрузки в виде отдельных секторов - внутри круга, изображающего нагрузку напряжением до 1000 В. Величины нагрузок наносят рядом с кругами.

Центр электрических нагрузок (ЦЭН) промышленного предприятия в целом определяют с помощью аналитического метода сложения параллельных нагрузок. В декартовой системе координат оси наносят на план произвольно, координаты центра электрических нагрузок определяют по формулам:

, мм (8)

, мм (9)

где Р_i - полная нагрузка i-го цеха, кВ·А;

х_i, у_i- координаты центра нагрузок i-го цеха, мм;

х_о, у_о - координаты центра нагрузок предприятия, мм.

Реально координаты ЦЭНа, т.е. положение распределительной подстанции (РП) или ГПП, принимается с учетом застройки генплана предприятия производственными цехами и расположением заводских коммуникаций (трубопроводы, эстакады, рельсовые пути и т.д.).

4.2 Размещение ГПП, РП на территории предприятия

В данном разделе рассматривают и решают вопросы передачи электроэнергии от ГПП к цехам и административно-производственным зданиям предприятий.

В первом приближении местоположение ГПП может быть выбрано в ЦЭН. Однако выбранное таким образом расположение подстанции должно корректироваться с учетом конкретных условий производства, его территория и т.д. Для расположения подстанции с ее реальными геометрическими размерами необходима определенная свободная площадь на территории предприятия. Также необходимо предусмотреть наличие определенной площади для конструктивного осуществления кабельных трасс, эстакад и линии.

В условиях Севера предпочтение нужно отдавать прокладке кабелей по эстакадам. Контрольные кабели для цепей управления и защиты по территории ОРУ также необходимо вести по надземным конструкциям. Эта рекомендация вызвана тем, что прокладка кабелей в траншеях и каналах затрудняет условия эксплуатации. В короткий летний период каналы и траншеи обводняются, и при замерзаниях в зимних условиях происходит разрыв кабелей. Расположение ГПП, воздушных и кабельных линий не должно создавать затруднения для внутризаводского транспорта. Следует также принимать во внимание требования технической эстетики и промышленной архитектуры. Приведенные выше соображения часто вынуждают располагать ГПП на границе или вблизи территории предприятия.

ОРУ-110 кВ в условиях Севера подвергаются сильным снежным заносам. В связи с этим оборудование открытых распределительных устройств (ОРУ) (ЛР, ШР, ошиновки) размещают на высоте 5-6 м, соответственно подняв их приводы. Для удобства обслуживания и ремонтов оборудования сооружают стационарные площадки. При компоновке подстанцию ОРУ следует располагать с наветренной стороны, что обеспечивает минимальные снежные заносы.

Расположим ГПП на генеральном плане в соответствии с найденными координатами центра электрических нагрузок.

Изобразим структурную схему ГПП. ГПП имеет две секции. Распределим цеховые нагрузки поровну на каждой из секций. Рассчитаем средние токи I_ср на каждой из отходящих линий:

, А (10)

где Р_ср- средняя нагрузка на отходящей линии, кВА;

U_н = 6 кВ- номинальное напряжение на линии;

cos ц = 0,85 - коэффициент мощности.

Например, для линии 1:

(11)

На основании приведенного примера аналогично проводим расчет для других линий и результаты сводим в табл. 5.

Таблица 5 - Параметры ГПП

секция	ячейка	Iср, А
I	Главная линия	911,81
	1	94,59
	2	345,61
	3	243,66
	4 (резерв)	227,95
I I	Главная линия	985,38
	1	160,23
	2	239,94
	3	333,17
	4 (резерв)	252,04
	5	111,89
	6	48,34

4.3 Размещение ТП и РП на территории предприятия

При размещении ТП и РП относительно цехов необходимо учесть взрыво- и пожарную опасность цеха. В зависимости от оборудования цеха и технологических процессов, происходящих в нем, можно выделить 3 группы цехов: безопасный, пожароопасный, взрывоопасный. Соответственно, ТП и РП могут располагаться относительно цеха следующим образом: встроенное, пристроенное, отдельно стоящее.

Таблицу 6 ? Характеристика цехов по взрыво- и пожарной опасности и расположение ТП и РП

№ТП и РП	Характеристика цеха	Расположение ТП и РП
РП-1	пожароопасный	пристроенное
РП-2	пожароопасный	пристроенное
РП-3	пожароопасный	пристроенное
РП-4	пожароопасный	пристроенное
РП-5	пожароопасный	пристроенное
РП-6	пожароопасный	пристроенное
РП-7	пожароопасный	пристроенное
РП-8	пожароопасный	пристроенное
РП-9	пожароопасный	пристроенное
РП-10	пожароопасный	пристроенное
РП-11	взрывоопасный	отдельно стоящее
РП-12	пожароопасный	пристроенное
ТП-13	пожароопасный	пристроенное
ТП-14	пожароопасный	пристроенное
РП-15	пожароопасный	пристроенное
ТП-16	взрывоопасный	отдельно стоящее
ТП-17	пожароопасный	пристроенное
РП-18	пожароопасный	пристроенное
РП-19	пожароопасный	пристроенное
ТП-20	пожароопасный	пристроенное
ТП-21	пожароопасный	пристроенное
ТП-22	пожароопасный	пристроенное
ТП-23	безопасный	встроенное
ТП-24	безопасный	встроенное

5. Выбор электрооборудования подстанции 110/6 кВ

Электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства работают в условиях эксплуатации в трех основных режимах: длительном, перегрузки (с повышенной нагрузкой, которая для некоторых аппаратов достигает значения до 1,4 номинальной) и короткого замыкания.

В длительном режиме надежная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств обеспечивается правильным выбором их по номинальному напряжению и току.

В режиме перегрузки надежная работа аппарата и других устройств электрических установок обеспечивается ограничением значения и длительности повышения напряжения или тока в таких пределах, при которых еще гарантируется нормальная работа электрических установок за счет запаса прочности.

В режиме короткого замыкания надежная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств обеспечивается в соответствии выбранных параметров устройств условиям термической и электродинамической стойкости. Для выключателей, предохранителей и выключателей нагрузок добавляется условия выбора их по отключающей способности.

При выборе аппаратов и параметров токоведущих устройств следует учитывать места установки (в помещении или на открытом воздухе), температуру окружающей среды, влажность и загрязненность ее, и высоту установки аппаратов над уровнем моря.

При составлении схемы для расчетов токов к.з. для каждого аппарата выбирают такой режим, при котором он находился бы в наиболее тяжелых, но реальных условиях работы. Не учитывают только такие режимы, которые не предусмотрены для продолжительной эксплуатации.

За расчетную принимают такую точку к.з., при которой через аппарат проходит наибольший ток. Исключение из этого положения отмечены для каждого аппарата при рассмотрении методики его выбора и проверки.

Выбор по номинальному напряжению.

Номинальное напряжение аппарата, указанное на его заводской табличке, соответствует уровню его изоляции, причем нормально всегда имеется некоторый запас электрической прочности, позволяющей аппарату неограниченно длительное время работать при напряжении на 10-15% выше номинального. Это напряжение называют максимальным рабочим напряжением аппарата. Так как отклонение напряжения в условиях эксплуатации обычно не превышают 10-15% номинального, то при выборе аппаратов по напряжению достаточно выполнить условие:

U_{ном. у.} ? U_{ном. а}, кВ (12)

здесь U_ном.у - номинальное напряжение установки;

U_ном.а - номинальное напряжение аппарата,

U_ном.а + U_ном.а. U_ном.у.+ U_р.у., кВ (13)

где U_ном.а, U_ном.а - допустимое повышение сверх номинального, при котором завод-изготовитель гарантирует номинальную работу кабеля, аппарата или изолятора;

U_ном.у, U_р.у - возможное отклонение рабочего напряжения установки от номинального в условиях эксплуатации.

Для электрических аппаратов, изоляторов и кабелей в условиях эксплуатации допускают некоторые повышения напряжения. Ниже приведены допустимые отклонения напряжения номинального U_ном.а:

Кабели ……………………………………………………………….…..1,1

Разрядники ……………………………………………………………...1,25

Разъединители ………………………………………………………….1,15

Выключатели …………………………………………………………...1,15

Реакторы ………………………………………………………………...1,1

Трансформаторы тока ………………………………………………….1,1

Трансформаторы напряжения …………………………………………1,1

Предохранители ………………………………………………………...1,1

Выбор по номинальному току.

Номинальным током I_ном.а аппарата называют ток, который при номинальной температуре окружающей среды может проходить по аппарату неограниченно длительное время и при этом температура наиболее нагретых частей его не превышает длительно допустимых значений.

Правильный выбор аппарата по номинальному току обеспечивает отсутствие опасных перегревов частей аппарата при его длительной работе в нормальном режиме. Для этого необходимо, чтобы максимальный действующий ток цепи I_р.м за время t > 3T не превышая номинального тока аппарата:

I_р.м ?I_ном.а, А (14)

Максимальный рабочий ток цепи, имеет место для цепей параллельных линий при отключении одной из них; для цепей трансформаторов при использовании их перегрузочной способности; для нерезервированных кабелей при использовании их перегрузочной способности; для сборных шин станций и подстанций и шин в цепях секционных и шиносоединительных аппаратов при наиболее неблагоприятных условиях эксплуатационного режима; для генераторов при их работе с номинальной мощностью и напряжении, сниженным на 5% относительно номинального.

Выбранные по номинальным условиям электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства проверяются на электродинамическую и термическую стойкость при к.з. Отключающие аппараты, кроме того, должны быть проверены и по отключающей способности относительно токов к.з.

Исходя из вышесказанного, производим выбор и проверку электрооборудования на стороне 10-110 кВ.

Выбор и проверка выключателей

Таблица 7 - Выбор и проверка выключателя ВММ-10-320-10T3 первой секции (I сек. 1 ячейка).

Параметр	Обозначение	Формула	Расчет
Номинальное напряжение, кВ	U ном.а	U ном.а U ном.у	106
Номинальный длительный ток, А	J ном.а	J ном.а J р.у	320 94,59
Номинальный ток отключения, кА	Jном.о	J ном.о J р.о	10 0,62

Обозначения: J_р.о.- расчетное значение тока трехфазного к.з. в момент времени t_р.о. кА; S_р.о - мощность к.з. (соответствующая току J_р.о), тыс. кВ*А; i_у.р - расчетный ударный ток к.з., кА; К_апв - коэффициент уменьшения отключаемой мощности выключателя при наличии АПВ; t_{ном. т.с} - время, к которому отнесен номинальный ток термической стойкости J_{ном.т.с.} (у выключателей отечественного производства t_{ном. т.с} принимают равным 5 и 10 с); t_п - приведенное время к.з., с.

Аналогично проверяем все оставшиеся выключатели. В случае не выполнения хотя бы одного из условий выключатель подбирается заново.

Таблица 8 - Выключатели.

№	Тип выключателя	Uн, кВ	Iн, А	Iоткл, кА
I c	ВМГ-10-1000-20У3	10	1000	20
2	ВММ-10-400-10У2	10	400	10
3	ВММ-10-320-10Т3	10	320	10
4	ВММ-10-320-10Т3	10	320	10
II c	ВМГ-10-1000-20У3	10	1000	20
1	ВММ-10-320-10Т3	10	320	10
2	ВММ-10-320-10Т3	10	320	10
3	ВММ-10-400-10У2	10	400	10
4	ВММ-10-320-10Т3	10	320	10
5	ВММ-10-320-10Т3	10	320	10
6	ВММ-10-320-10Т3	10	320	10

Выбор и проверка шин

Сечение шин выбирается по длительно допустимому току и экономической целесообразности. Проверку шин производят на электродинамическую и термическую стойкость к токам к.з.

Выбор шин по длительно допустимому току.

Длительно допустимый ток для прямоугольных шин:

J_доп. = к₁*к₂*к₃*J_доп.о, А (15)

где J_доп.о - длительно допустимый ток полосы при температуре шины _ш=70 ^о С, температура окружающей среды _о.с.=25 ^оС и расположение шин вертикально (на ребро); к₁ - поправочный коэффициент при расположение шин горизонтально(к₁=0,95); к₂ - поправочный коэффициент длительно допустимого тока для многополосных шин; к₃ - поправочный коэффициент для шин при температуре окружающей среды, отличной от 25 ^о С.

Проверка шин на электродинамическую и термическую стойкость к токам к.з. Для соблюдения условий достаточной механической прочности шин при токах к.з. расчетное напряжение в шинах не должно превосходить допустимого механического напряжения для данного металла шин на изгиб.

Применительно к системе и конструкции, допустимое максимальное усилие на изгиб в шине в зависимости от допустимого механического напряжения _доп. определяют из выражения:

F_доп.=10*_доп*W/ l, (16)

где W - момент сопротивления, см³; l - длина пролета между изоляторами, см.

Расчетное усилие от динамического воздействия тока к.з. определяют из выражения:

F_р=1.76*i²_у.р.*l/a*10^-2, (17)

Из требования F_р < F_доп., следует:

, (18)

или , (19)

Максимальное расчетное напряжение в шинах _р определяют для однополосных шин

П_а, , Па (20)

Для определения электродинамического усилия в однополосных шинах, создаваемого током к.з., используют номограмму. Электродинамическую стойкость медных и алюминиевых шин определяют. Шины должны проверяться на механический резонанс.

Для соблюдения условий термической стойкости шин необходимо, чтобы проходящий по ним ток к.з. не вызывал повышения температуры сверх предельно допустимой при кратковременном нагреве. Значение этих температур, при составление которых было принято условие, что до возникновения к.з., температура шин была не выше температуры, при номинальной нагрузке. Практически всегда шины в нормальных режимах имеют температуру ниже номинальной, а при проверке стандартного сечения шин по термической стойкости следует выбирать меньшее стандартное ближайшее значение.

Таблица 9 - Выбор и проверка шин типа ШММ-1125

Выбираемая и проверяемая величина	Формула	Расчет
Номинальный ток, А	Jном. Jр.	1125 985,38
Допустимое напряжение на изгиб, однополосные шины, Па		Проверка по условию невозможна
Расстояние между прокладками		1,5 м
Сечение шины по термической стойкости, Sт.с. мм2		Проверка по условию невозможна

Обозначения: t₀ - приведенное время, с; W - момент сопротивления, см³; l - расстояние между опорными изоляторами вдоль оси шин, см; - термический коэффициент; J - удельные усилия, соответственно между фазными шинами и полосами шин одной фазы, определяемые по формуле, Н/см:

J=1.76*10^-2*i²_у.*l/a, (21)

где а - расстояние между осями шин, см; i_у. - ударный ток к. з., кА.

Аналогично проверяем все оставшиеся шины. В случае не выполнения хотя бы одного из условий шина подбирается заново.

Таблица 10 - Выбор и проверка шин.

№	Тип шины	Uн, кВ	Iн, А	Расстояние между прокладками, м
I c	ШММ-955	10	955	1,5
РП-16	ШММ-210	10	210	1,2

Выбор и проверка трансформаторов тока

Таблица 11 - Выбор и проверка трансформаторов тока типа ТЛМ-6.

Проверяемая величина	Формула	Iн=1000 А	Iн=400 А	Iн=300 А
Нормальный первичный ток, А	Jном. т.т. Jном.у.	1000 985,38	400 345,61	300 252,04
Номинальное напряжение, кВ	Uном. т.т. Uном.у.	6=6	6=6	6=6

Обозначения: J_{ном.т.т.} - номинальный ток трансформатора, тока в первичной цепи, кА.

Таблица 12 - Выбор и проверка трансформаторов тока типа ТПЛ-10.

Проверяемая величина	Формула	Расчет
Нормальный первичный ток, А	Jном. т.т. Jном.у.	200 160,23
Номинальное напряжение, кВ	Uном. т.т. Uном.у.	6=6

Выбор и проверка трансформаторов напряжения

Таблица 13 - Выбор и проверка трансформаторов напряжения НТМИ-6-66 по классу точности

Проверяемая величина	Формула	Расчет
Номинальное первичное напряжение, Uном.т.н., кВ	Uном. т.н. Uном.у.	6=6
Тип и схема соединения обмоток	В зависимости от назначения	У0/У0/Д - 0
Нагрузка на фазу, S2 ном., В*А	S2 ном. S2 p.	Проверка по условию невозможна
Погрешность N,%	N ? Nдоп.	Проверка по условию невозможна

Выбор кабелей

Выбор кабелей производим по расчетному току на соответствующей линии с учетом номинального тока. Выбранный кабель проверяем по условиям:

, А (22)

Для цеха 2 I c: , А

На основании приведенного примера аналогично проводим расчет для других линий и результаты сводим в табл. 14.

Таблица 14 -Кабели АСБГ

линия	Допустимый длительный ток одного кабеля Iд, А	количество	длина кабеля, м	сечение токопроводящей жилы S, мм2	активное/ индуктивное сопротивление кабеля R0/х0, Ом/км	марка кабеля
I c.	980	3	50	500	0,11/0,063	3(3АСБГ-500/6-0,12/0,063)
1	105	1	190	25	1,24/0,91	3АСБГ-25/6-1,24/0,91
2	390	1	129	240	0,129/0,071	3АСБГ-240/6-0,129/0,071
3	260	1	220	120	0,258/0,076	3АСБГ-120/6-0,258/0,076
4	260	1	100	120	0,258/0,076	3АСБГ-120/6-0,258/0,076
II c.	1070	3	50	600	0,09/0,055	3(3АСБГ-600/6-0,09/0,055)
1	190	1	40	70	0,443/0,08	3АСБГ-70/6-0,443/0,08
2	260	1	157	120	0,258/0,076	3АСБГ-120/6-0,258/0,076
3	340	1	246	185	0,167/0,073	3АСБГ-185/6-0,27/0,076
4	260	1	100	120	0,258/0,076	3АСБГ-120/6-0,258/0,076
5	125	1	5	35	0,89/0,087	3АСБГ-35/6-0,89/0,087
6	60	1	5	10	3,1/0,11	3АСБГ-10/6-3,1/0,11

6. Расчет токов короткого замыкания, выбор и проверка электрических аппаратов

цеховой трансформаторный подстанция электроснабжение

Расчет токов короткого замыкания (КЗ) в проектируемой системе электроснабжения должен выявить величины токов КЗ в точках расчетной схемы, где намечается установка соответствующих высоковольтных и низковольтных аппаратов и производится выбор токоведущих частей (шин и кабелей).

При проектировании системы электроснабжения токи КЗ рассчитывают от источника неограниченной мощности и по расчетным кривым.

За расчетную принимают схему длительного режима при условии, что включены все рабочие и резервные источники питания и с учетом подпитки места КЗ от высоковольтных двигателей двух секций при включенном секционном выключателе. Не следует рассматривать параллельный режим работы трансформаторов, если он создается в момент оперативных переключении. В расчетных схемах электроустановок напряжением выше 1000 В обычно принимают во внимание только индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, токопроводов. Активные сопротивления кабельных линий и цеховых трансформаторов учитывают для удаленных точек КЗ, когда результирующее активное сопротивление составляет более 0,3 от суммарного индуктивного.

В схеме замещения результирующее сопротивление отдельных элементов цепи КЗ выражают в Омах, мегаОмах и в относительных единицах, приведенных к базисному напряжению или базисной мощности. За базисные напряжения принимают 0,23; 0,4; 0,525; 0,69; 3,115; 6,3; 10,5; 37; 115; 230 кВ, за базисную мощность - мощность, равную 1. Например, можно принимать системы, генераторов станций, трансформаторов подстанций или число, удобное для расчета - кратное 10 (10, 100, 1000 МВ·А).

Все электрические аппараты, токоведущие части и изоляторы схемы электроснабжения выбирают по условию нормального режима и проверяют на устойчивость действия при КЗ. При этом определение токов КЗ необходимо для следующих целей:

а) проверки элементов системы электроснабжения на динамическую устойчивость (расчет ударного тока КЗ i_у и наибольшего значения тока КЗ за первый период I");

б) проверки элементов системы электроснабжения на термическую устойчивость (расчет действующего значения установившегося тока КЗ I_? и приведенного времени t_п, соответствующего полному току КЗ);

в) проверки выключателей по отключающей способности (расчет действующего значения периодической составляющей тока КЗ I_t для t=0,2 c - времени отключения выключателя).

Таким образом, результатом расчета токов КЗ является определение следующих величин: i_у, I", I_?, t_п,I_0.2.

Значение токов КЗ на шинах напряжением 6-10 кВ подстанций промышленного предприятия, как правило, должно быть ограничено величиной, позволяющей применять КРУ серийного промышленного производства. При этом оптимальное значение расчетного тока КЗ должно определяться с учётом двух факторов:

а) обеспечения возможности применения электрических аппаратов с более лёгкими параметрами и проводников возможно меньшего сечения;

б) ограничения отклонений и колебаний напряжения при резкопеременных толчковых нагрузках.

В необходимых случаях расчётную величину тока КЗ определяют на основании ТЭР по минимуму приведённых затрат на ограничение токов КЗ.

Расчет токов трехфазного КЗ для схемы с двухобмоточными трансформаторами на стороне 6 кВ.

Расчетная схема и схема замещения приведены на рисунке 6. Мощность трансформатора питающей ГПП S_н.т = 16 МВА, S_б = 10 МВА; напряжение к.з. трансформатора u_кВН= 10,5%, u_к = 5,5%,8%- для цеховых трансформаторов.

Индуктивные сопротивления элементов схемы:

Для пунктов 1 и 2 сопротивления считаются в относительных единицах.

1.Сопротивление системы:

(23)

2. Сопротивление кабельной линии:

(24)

где х₀ - удельное сопротивление воздушной линии, Ом/ км.

3. Сопротивление трансформатора 16 МВА по схеме замещения:

(25)

4.Сопротивление трансформаторов на цеховых ТП

(26)

На основании приведенного примера аналогично проводим расчет для других линий. Результаты подсчета сопротивлений приведены на рисунке 6.

1. Расчетные значения токов к.з. для короткого замыкания в точке К₁:

Ток к.з. от питающей системы определяется из выражения:

 (27)

2. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₂:

(28)

Аналогично:

3. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₃:

4. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₄:

5. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₅:

6. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₆:

7. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₇:



8. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₈:

9. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₉:

10. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₁₀:

11. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₁₁:

12. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₁₂:

13. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₁₃:

14. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₁₄:

15. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₁₅:

16. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₁₆:

17. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₁₇:

18. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₁₈:

19. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₁₉:

20. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₂₀:



21. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₂₁:

22. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₂₂:

23. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₂₃:

24. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К₂₄:

Аналогично рассчитываем токи КЗ на второй секции ГПП. Как видим вся коммутационная аппаратура, выбранная первоначально по I_н, полностью соответствует условию, по которому аппарат должен отключать ток КЗ.

7. Выбор схемы внешнего электроснабжения по технико-экономическим показателям

На всех ступенях системы электроснабжения следует широко применять простейшие схемы электрических соединения с установкой высоковольтных выключателей на стороне высокого напряжения, так называемые блочные схемы подстанций без сборных шин [1]:

а) блок-линия 35-330 кВ - трансформатор ГПП (или ПГВ);

б) блок-линия 35-333 кВ - трансформатор ЛШ (ПГВ) - токопровод 6-35 кВ;

в) блок-линия 6-10 кВ - трансформатор ТП;

г) блок-линия 6-10 кВ - трансформатор ТП - шинопровод до 1000 В;

В соответствии с типовой методикой определения экономической эффективности капитальных вложений [3] в качестве критерия сравнительной экономической эффективности схем электроснабжения принимают минимум приведенных затрат, руб./год:

3=F_н ·К+И, тыс. руб.

где К, И - соответственно, капитальные затраты и ежегодные расходы рассматриваемых вариантах схем электроснабжения промышленных предприятий;

F_{н -} нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений,

F_н=0,15 год^-1.

Наивыгоднейший вариант схемы электроснабжения промышленного предприятия выбирают по условию минимальных приведенных затрат, рассчитанных по вышеуказанной формуле.

Количество вариантов схем внешнего электроснабжения определяется конструктивным выполнением и числом линий высокого напряжения, шкалой минимальных напряжений.

Рассмотрим следующий вариант внешнего электроснабжения:

передача электроэнергии от подстанции энергосистемы до ГПП предприятия напряжением 110 кВ с понижением его на ГПП до 6 кВ двумя двухобмоточными трансформаторами;

Расчёт капитальных затрат. Капитальные затраты для рассматриваемых вариантов схем внешнего электроснабжения:

руб.

где К_л = руб. - капитальные затраты на воздушную и кабельную линии;

К_п = руб. - капитальные затраты на ГПП.

Капитальные затраты на линии высокого напряжения рассчитывают по формуле:

, тыс. руб.

где К_уд, тыс. руб./км. - стоимость 1 км воздушной или кабельной линии, которую принимают по справочным материалам ;

Например: Кабель 1 (К_уд=3040 руб./км К_л=3040*0,19=578 руб.).

Таблица 15 ? Капитальные затраты силовых кабельных линий

линия	Кап. Затраты на кабель, руб.	длина кабеля, м	сечение токопроводящей жилы S, мм2	Стоимость монтажа и материала 1 км кабеля, тыс. руб.
I c	1166	50	240	11,66
1	578	190	25	3,04
2	1504	129	240	11,66
3	1423	220	120	6,47
4	647	100	120	6,47
II c	1166	50	240	11,66
1	175	40	70	4,37
2	1016	157	120	6,47
3	2322	246	185	9,44
4	355	100	35	3,55
5	34	15	10	2,26
6	97	15	120	6,47

Капитальные затраты на ГПП:

Шины: длина 1,5 м 2шт.- 1025руб.

Трансформаторы ТП: 2хТП-20 - 4645 руб.

2хТП-21 - 3200 руб.

2хТП-14 - 4600 руб.

2хТП-16 - 4645 руб.

2хТП-13 - 4600 руб.

2хТП-17 - 3200 руб.

Секционный выключатель: 2200 руб.

Силовые трансформаторы: 42000Ч2=84000 руб.

Выключатели, заземлители, разъединители:

I c. 310+2*280+3*27=951 руб.

1. 2*(400+2*280+3*27)=2082 руб.

2. 2*(410+2*280+3*27)=2102 руб.

3. 2*(400+2*280+3*27)=2082 руб.

4. 2*(400+2*280+3*27)=2082 руб.

II c. 310+2*280+3*27=951 руб.

1. 2*(400+2*280+3*27)=2082 руб.

2. 2*(400+2*280+3*27)=2082 руб.

3. 2*(410+2*280+3*27)=2102 руб.

4. 2*(400+2*280+3*27)=2082 руб.

5. 2*(400+2*280+3*27)=2082 руб.

6. 2*(400+2*280+3*27)=2082 руб.

Сумма (выключатели, заземлители, разъединители): 22762 руб.

Трансформаторы тока: ТПЛ-10: 21*4=84 руб.

ТПМ-6: 19,5*6=117 руб.

Трансформаторы напряжения: 86*3=258 руб.

Предохранители: 20*3=60 руб.

Ежегодные расходы. Суммарные ежегодные расходы в сравниваемых вариантах схем электроснабжения находят по формуле:

тыс. руб.

где

- суммарные амортизационные отчисления по электрическим сетям и подстанциям;

- суммарные ежегодные расходы на обслуживание электрических станций и подстанций (заработная плата рабочих, занятых текущим ремонтом и обслуживанием, стоимость материалов);

-суммарная стоимость годовых потерь электроэнергии в сетях и подстанциях:

(руб./год);

где -себестоимость электроэнергии, руб./кВтч

- годовые потери электроэнергии, кВтч/год

где -число параллельно работающих трансформаторов,

-потери трансформатора,

- число часов работы трансформаторов

Суммарные ежегодные расходы в схеме электроснабжения находят по формуле:

руб./год;

руб./год,

Таблица 16 ? Технико-экономические показатели схемы внешнего электроснабжения

Капитальные затраты, тыс. руб.	Ежегодные расходы, тыс. руб./год	Приведённые затраты, тыс. руб./год.
	амортизация	обслуживание	потери эл. энергии
169744	10643,47	4987,49	3922,43	45014,99

Размещено на Allbest.ru